使用 1 分贝紧缩点表征射频体系非线性

  增益紧缩会导致功率体系从线性作业状况过渡到非线性作业状况。本文将介绍怎么使用 1 分贝紧缩点来界定体系线性作业的极限规模。

  电子体系中的非线性由多种机制一起导致。例如，有源器材的跨导会受信号起伏影响；这一些器材内部的寄生电容和寄生电阻相同具有起伏依赖性，从而或许会影响电路功能；此外，即便时间短超出电路的正常信号摆幅，也或许会引起信号谷值或峰值被削波，给体系引进明显的非线性。

  在高功率水平下，一切实践使用中的元器材都会表现出非线性。在射频电路中，这或许会引起损耗添加、信号失真，并或许对其他无线信道形成搅扰。非线性的表征办法有多种，每种办法都能从共同视点反映电路在不同条件下违背线性行为的程度。

  本文将深入评论射频电路非线性的两种方式：谐波失线 分贝紧缩点这一用于表征增益紧缩的有用目标。

  如图 1 所示，1 分贝紧缩点的界说是：输出功率比抱负线 分贝时对应的功率水平。咱们经过这一参数来量化射频电道路 分贝紧缩点是衡量电道路性度的重要目标。

  图 1 1 分贝紧缩点是衡量电道路 分贝紧缩点可经过输入功率或输出功率两种方式表明，其联系如下：

  关于放大器，1 分贝紧缩点通常以发生紧缩时的输出功率来标示；关于混频器，则通常以紧缩点对应的输入功率来表明。射频接收机的输入紧缩点通常在–20 至–25 dBm（分贝毫瓦）的规模内。

  了解了 1 分贝紧缩点的界说后，咱们先退一步，从更微观的视点评论非线性体系的行为。这部分内容将为了解谐波失真与增益紧缩奠定根底，之后咱们会再回到 1 分贝紧缩点的相关评论。

  考虑一个输入为(x(t))、输出为(y(t))的器材或体系，如图 2 所示。

  其间，(alpha_1)是与时间无关的常数。若不满意上述条件，则该电路为非线性电路。无回忆非线性体系的输入 - 输出特性可经过多项式表达式近似：

  需求留意的是，在上述公式中，恣意时间t的输出瞬时值仅由同一时间t的输入值决议，这一特性界说了 “无回忆” 体系。若t时间的输出受之前输入值的影响，则该体系具有 “回忆效应”。

  关于有回忆体系，输出方程中或许包括输入的推迟项、导数项或积分项。例如，输出信号或许是一个依赖于(x(t))的函数，方式如下：

  咱们可经过单频输入或双频输入，剖析多项式近似所表现的非线 所示的非线性特性为例，研讨输入单频信号时的状况。设单频输入信号为：

  可见，二阶非线性会发生直流（DC）重量和二次谐波（(2omega_1)）重量。

  三阶项则会发生基波频率（(omega_1)）重量和三次谐波（(3omega_1)）重量。

  当输入为(omega_1)的单频信号时，方程中的高阶项会发生输入频率一切谐波的重量，此现状被称为谐波失真。

  假定上述评论中的(x(t))和(y(t))均为电压量。由公式 10 可知，基波电压重量的起伏为：

  (omega_1)处的总输出信号包括两个不同项：线性项和三阶项。在低输入功率下，线性项占主导地位，此刻可暂不考虑三阶项。

  这意味着，在低输入功率下，输入功率每添加 1 分贝，基波输出功率也会相应添加 1 分贝。

  那么二次谐波和三次谐波的功率状况怎么呢？由公式 10 可知，二次谐波处的输出功率为：

  因而，输入功率每添加 1 分贝，二次谐波的输出功率会添加 2 分贝。同理可证，三次谐波的输出功率与输入功率的联系曲线 分贝，三次谐波输出功率增 3 分贝）。整体而言，当功率以分贝为单位时，第n次谐波的功率水平与输入功率的联系斜率为(n:1)，如图 3 所示。

  不同谐波下输出功率与输入功率的联系曲线 不同谐波下输出功率与输入功率的联系曲线

  在弱非线性区域，输入功率每添加 1 分贝，基波频率的功率随之添加 1 分贝，二次谐波和三次谐波的功率则别离添加 2 分贝和 3 分贝。

  关于实践电路，当作业状况超出弱非线性区域后，谐波频率的功率或许不再随输入功率单调递加。这是因咱们在三阶多项式表达式中疏忽了更高阶的非线性项，而这些项此刻会发生影响。

  在低输入功率下，(alpha_1)项占主导地位，此刻的增益等于放大器的小信号增益。但随着输入信号起伏的添加，公式中的第二项会快速增大。

  关于大多数实践电路，(alpha_1)和(alpha_3)的符号相反。因而，在高功率水平下，增益会下降，此现状被称为增益紧缩。

  即便输入为单频信号，非线性电路也会发生输入频率整数倍的输出重量，此现状称为谐波失真。